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uwb技術(shù)是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)。它直接調(diào)制上升和下降時(shí)間非常陡峭的脈沖脈沖，使信號(hào)具有g(shù)hz量級(jí)的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)多年的與傳播相關(guān)的重大問題。它具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、攔截能力低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、定位精度數(shù)厘米等優(yōu)點(diǎn)。
超寬帶的優(yōu)勢(shì)
與其他無(wú)線通信技術(shù)相比，超寬帶具有許多優(yōu)勢(shì)。表1 比較了uwb 技術(shù)與其他wlan 技術(shù)。 uwb技術(shù)的特點(diǎn)是：傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低。 uwb 通過改變脈沖的幅度、間隔或持續(xù)時(shí)間來(lái)傳輸信息。與窄帶收發(fā)器和藍(lán)牙收發(fā)器相比，uwb不需要產(chǎn)生正弦載波信號(hào)，可以直接發(fā)射脈沖序列，因此頻譜寬，平均功率低，有利于與其他系統(tǒng)共存，提高頻譜利用率。
uwb不需要正弦波調(diào)制和上下變頻，也不需要本振、功放和混頻器，所以體積小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。 uwb信號(hào)的處理也比較簡(jiǎn)單，只需要使用很少的射頻或微波器件，射頻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的頻率自適應(yīng)能力強(qiáng)。脈沖發(fā)射器和接收器前端可以集成在一個(gè)芯片上，與時(shí)基和控制器一起組成一個(gè)uwb通信裝置。因此，它的成本可以大大降低。
由于uwb信號(hào)采用跳時(shí)擴(kuò)頻，射頻帶寬可達(dá)1ghz以上，發(fā)射功率譜密度很低，信號(hào)隱藏在環(huán)境噪聲等信號(hào)中，傳統(tǒng)方法無(wú)法接收和識(shí)別接收機(jī)，因此必須使用與始發(fā)端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能解調(diào)，從而增加系統(tǒng)的安全性。
uwb信號(hào)的衰落比較小，抗多徑衰落的能力很強(qiáng)。 uwb信號(hào)的高帶寬帶來(lái)了極大的系統(tǒng)容量。由于uwb無(wú)線電信號(hào)發(fā)射的脈沖脈沖占空比極低，系統(tǒng)增益高，多徑分辨率強(qiáng)，因此系統(tǒng)容量高于其他系統(tǒng)。無(wú)線技術(shù)很高。
由于uwb信號(hào)的擴(kuò)頻處理增益比較大，即使采用低增益全向天線，也可以用不到1mw的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)數(shù)公里的通信。如此低的發(fā)射功率延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源的使用時(shí)間，非常適合移動(dòng)通信設(shè)備的應(yīng)用。研究表明，使用超寬帶的手機(jī)待機(jī)時(shí)間可達(dá)6個(gè)月，低輻射功率可以避免過多的電磁輻射對(duì)人體的傷害。
uwb-rt的應(yīng)用
隨著uwb-rt商業(yè)化的開始，該技術(shù)為部署支持高速應(yīng)用和低速智能設(shè)備的短距離無(wú)線通信系統(tǒng)提供了可能。 fcc定義的uwb天線系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的調(diào)制編碼機(jī)制，在短距離內(nèi)可達(dá)到大于100mb/s的信息速率。 uwb 可以在信息速率和覆蓋范圍之間做出折衷。
大量的應(yīng)用場(chǎng)景適合使用uwb，主要包括：高速無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)（hdr-wpan）；無(wú)線以太網(wǎng)接口鏈路（weil）；智能天線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（iwan）；室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（oppn）；傳感器、定位和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)(spin)。
前三種情況假設(shè)uwb設(shè)備網(wǎng)絡(luò)部署在住宅區(qū)或辦公區(qū)，主要傳輸無(wú)線視頻/音頻和控制信號(hào)以供娛樂。第四種場(chǎng)景提供室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，而第五種場(chǎng)景考慮工業(yè)和商業(yè)環(huán)境。
1.高速無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)（hdr-wpan）
hdr-wpan定義為：每個(gè)房間1-10m內(nèi)有5-10個(gè)有源設(shè)備，數(shù)據(jù)速率為100-500mb/s，主要基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)?。使用現(xiàn)有的有線或無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)通過中繼連接到外部。
2.無(wú)線以太網(wǎng)接口鏈路（weil）
hdr的概念可以擴(kuò)展到更高的數(shù)據(jù)速率，例如1gb/s、2.5gb/s。 weil 應(yīng)滿足以下要求： 從pc 制造商的角度來(lái)看，需要以太網(wǎng)電纜的替代品；從消費(fèi)者的角度來(lái)看，pc與液晶屏之間需要具備高質(zhì)量的無(wú)線視頻傳輸能力，可以進(jìn)行無(wú)線數(shù)字視頻傳輸。
3.智能天線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（iwan）
iwan的特點(diǎn)是：在室內(nèi)或辦公室等設(shè)備密集的地方，覆蓋范圍為30m。對(duì)設(shè)備的要求是：低成本、低功耗，如110mw，為用戶提供家庭/辦公智能配電網(wǎng)。該設(shè)備的功能包括：精確定位、跟蹤、支持環(huán)境敏感設(shè)備，這在當(dāng)前的窄帶短距離網(wǎng)絡(luò)中不易實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，無(wú)線最后一英里或可用的外部連接可用于發(fā)送警報(bào)、控制信號(hào)或遠(yuǎn)程檢查家中傳感器的狀態(tài)。
4.室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（oppn）
uwb設(shè)備部署在室外，主要適用于pda上行和信息交換、新聞文本、圖片和視頻下載。采用何種標(biāo)準(zhǔn)將決定oppn結(jié)構(gòu)是集中式還是分布式，這是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的課題。
歐洲即將出臺(tái)的uwb標(biāo)準(zhǔn)將嚴(yán)格限制支持室外的uwb設(shè)備的部署。然而，這種情況可能會(huì)改變，因?yàn)閡wb 法規(guī)的使用將繼續(xù)取得進(jìn)展，就像過去其他無(wú)線服務(wù)所經(jīng)歷的那樣。
5.傳感器、定位和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)（spin）
spin系統(tǒng)的特點(diǎn)是：設(shè)備密度高，每層有數(shù)百臺(tái)設(shè)備，主要在工廠或倉(cāng)庫(kù)，發(fā)送帶有位置信息的低速數(shù)據(jù)包。 spin設(shè)備的使用范圍很廣。如果是主從拓?fù)?，單臺(tái)設(shè)備到主站之間可以達(dá)到100m。在工業(yè)應(yīng)用中，spin 需要高級(jí)鏈路可靠性和自適應(yīng)系統(tǒng)功能，以響應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的接口和傳播環(huán)境。
uwb將發(fā)揮的一個(gè)重要作用是根據(jù)用戶需求提供有效的服務(wù)。場(chǎng)景機(jī)制的劃分，各種網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，包括上面分析的各種情況，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的預(yù)期。一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)在不同場(chǎng)景下的無(wú)縫共存和互操作。因此，設(shè)計(jì)高效的連接、自動(dòng)漫游機(jī)制和數(shù)據(jù)鏈路適配是未來(lái)重要的研究課題！
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